CF/PEEK超声原位固结铺放及其复合材料力学性能

热塑性复合材料自动铺放（ATP）原位固结成型是未来航空复合材料结构件的发展趋势,缩小其制件与热压制件性能的差距具有工程实践意义。基于超声原位固结成型工艺,制备碳纤维增强聚醚醚酮树脂基复合材料（CF/PEEK）层合板,并与铺放后热压和直接平板热压试样比较力学性能差异,为热塑性复合材料的自动铺放提供参考。结果表明,超声热源能够满足CF/PEEK铺放的能量要求,功率的增加和铺放速度的降低有利于铺层结合;与平板热压试样相比,铺放成型试样的孔隙率高,纤维存在部分损伤;在节省了平板热压后固化周期的情况下,超声铺放单向层合板试样拉伸强度、拉伸模量和层间剪切强度分别为1.32、113.8 GPa和39.2 MPa,达到了直接热压试样的80.4%、84.8%和65.1%,在经过热压后固化后,分别提高到直接热压的92.1%、92.6%和82.5%。超声原位固结成型试样的简支梁摆锤冲击失效形式为分层,其经过热压后,孔隙率下降,铺层结合强度提高,试样的冲击失效形式为断裂,与直接热压的相同。     

复合材料热压罐固化工艺研发试验设计与适航验证

叙述了复合材料热压罐固化工艺研发试验的制定依据和实施过程要求,重点介绍了复合材料热压罐固化工艺的材料、采样、关键工艺参数和测试项目的选择,对制造过程的下料、铺贴、机加和无损检测要求进行分析,明确了试验方案各关键环节的控制要求,并对复合材料热压罐固化工艺研发试验设计、工艺规范的建立以及对产品质量和形成的工艺规范的适航验证方法进行了阐述。对于工艺规范的适航验证,其工艺的稳定性是验证的重点,可以通过具有代表性的试片级、元件级试验件进行试验。     

树脂基纤维增强复合材料的无上盖板成形

阐述了一种适用于制作树脂基纤维增强复合材料（以下简称复合材料）变厚层合板及平板的新型热压罐成形法。通过对小面积变厚层合板的试验，证明此法为降低此类复合材料结构件的制造成本提供了新的途径。     

波音澳大利亚公司使用新技术提高竞争力

波音航空结构澳大利亚公司开发了用于生产波音787机翼后缘表面的树脂膜渗透成型专利技术，以替代使用成本较高的热压罐成型方法。未来，该研发中心将扩大树脂膜渗透成型生产工艺的应用范围，同时采用廉价的工业机器人进行难度更大的航空结构件制造。     

某大型飞机复合材料壁板工艺仿真及验证技术

热压罐固化成型是制造复合材料的常用方法,固化期间罐内温度分布变化以及模具与复合材料构件之间的热不匹配、柔性模具的低热导率等因素导致制件内部不可避免的产生温度梯度以及残余应力,从而影响材料的使用性能。大尺寸曲面帽型壁板采用复合材料热压罐工艺成型,根据热压罐的工作原理,针对复合材料构件热压罐成型过程中温度场分布和固化变形等问题,进行了仿真分析,通过对比制件温度场分布和固化变形仿真计算结果以及全尺寸零件的实际验证结果,验证了预测方法的正确性。分别利用成型工装和检测型架改进优化以及制造过程优化来控制构件固化变形,使其形状满足产品尺寸的精度要求,证明根据工艺仿真计算结果以及工艺过程改进,可以对大尺寸曲面帽型壁板在制造工艺过程中出现的变形回弹及残余应力水平进行预估和最大限度的减小,实现复合材料结构设计和制造的一体化,提高制件的成型质量。     

基于COMPRO 模型的复合材料热压罐成型工艺仿真

有效利用热压罐技术来实现复合材料成型的关键在于选择合适的工艺参数和制定合理的工艺
方案,虚拟热压罐工艺仿真可以有助于对固化过程进行预测,提高工艺设计效率,降低生产成本。本文介绍了
热压罐工艺仿真软件COMPRO 以及典型的固化过程分析模型(热化学模型、流动压实模型和应力变形模型)。
最后给出了影响COMPRO 数值模拟的关键参数及翼梁样件试验数据与数值模拟对比,COMPRO 可以较为准
确的预测固化工艺。     

热压罐成型变厚度层板缺陷研究

以S-2玻璃纤维／环氧648变厚度层板为研究对象，采用热压罐工艺成型，考察了不同铺层方式和阶梯宽度下缺陷的形成情况。研究结果表明，由于厚度梯度的存在，层板中容易产生纤维分布不均、富树脂、孔隙和分层缺陷，这与树脂的二维流动、纤维的滑移和结构的不对称性有关，铺层方式对各种缺陷影响显著。变厚度层板成型过程中倾角减小使得尺寸难以预测和控制，成型过程中应尽量避免树脂的流动。     

数字化技术降低复合材料的制造成本

迄今为止,手工铺层和热压罐固化仍是目前航空复合材料构件生产最重要的工艺方法之一.尽管目前出现了先进的自动铺层技术、RTM成型工艺等,但并没有实现低成本技术的目标.     

碳纤维复合材料不规则“Ц”形结构件的研制

本文介绍了腹板上有两上开口的不规则“Ц”形结构件的研制。通过对模具方案的确定，选择预成形工艺以及对热压罐成形工艺参数进行合理调整，制造出符合设计要求的试验件。     

复合材料卫星整流罩端头成型工艺研究

本文介绍了一种复合材料卫星整流罩端头的浸胶，铺层，固化工艺。研究表明，大尺寸，变厚度复合材料端头采用阴模铺层和热压罐化工艺，成型后的产品外表面平整，光滑，无皱折，不仅满足了气动加热表面的质量要求，力不性能也满足了要求。     

有限宽层合板边界效应影响拉伸强度的修正方法

 本文分析了[0/90]_s,[45/-45]_s,以及π/4层合板的有限宽碳/环氧层合板在不同宽度下的拉伸强度。发现导致层合板过早破坏的原因,除了由于层间应力引起分层破坏外,主要是分层后的叠合铺层强度低于层合板强度;并给出了一般均衡对称的π/4层合板用有限宽试样测试拉伸强度时由于边界效应影响的修正方法。这是一种基于试验结果的经验方法。     

层间增韧复合材料研究

研究了一种采用在复合材料层压板间插入韧性薄膜的方法，改善复合材料层压板层间韧性和损伤容限的技术。有限元分析和层间断裂韧性试验结果表明，层间加胶层复合材料层压板的层间应力有明显下降，层间断裂韧性有显著的增加。     

溶剂对RTM石英／酚醛复合材料溶液浸润过程影响研究

研究了不同溶剂对于RTM石英/酚醛复合材料溶液浸润过程的影响.采用X光电子能谱(XPS)和原位电子顺磁共振(EPR)研究了石英纤维表面硅烷偶联剂和不同酚醛树脂溶液组分间的界面化学反应.采用TGA和层间剪切强度(ILSS)测试方法研究了溶剂对酚醛树脂分布和材料界面结合强度的影响.结果表明,溶剂能够与酚醛树脂在石英纤维表面形成竞争性吸附,从而影响树脂在RTM模具内部不同位置的分布和复合材料的力学性能.随着溶剂形成氢键能力的增强,其影响程度依次为四氢呋喃＜丙酮＜乙醇.     

CFRP三维铣削仿真模型的建立及层间损伤分析

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)具有层间结合强度低、各向异性等特点,切削过程中易产生层间损伤。为了对CFRP铣削加工过程中的层间应力、层间损伤进行研究,建立了复合材料三维铣削仿真模型。该模型在结构上采用等效均质建模,层内单元利用VUMAT子程序建立了三维Hashin起始失效准则以及损伤演化过程模型,层间采用Cohesive单元连接以模拟层间损伤的产生及扩展。通过与实验切削力数值的比较,验证了仿真模型的准确性。利用该模型分析了切削力、层间应力及层间损伤随纤维方向角(0°、45°、90°、135°)的变化规律。结果表明:铣削过程加工损伤主要集中在近工件表面。铣削力、层间应力、层间损伤受纤维方向角的影响,纤维方向角为90°与135°时,轴向铣削力较大,层间应力与层间损伤均随纤维方向角的增加而增大,纤维方向角为135°时,层间应力最大,层间损伤最严重。     

碳纤维织物/聚苯硫醚复合材料工艺研究

研究了碳纤维织物增强交联型聚苯硫醚复合材料的粉末成型工艺。以不同工艺条件成型复合材料层板,测试弯曲及动态力学性能,并对纤维-树脂渗透及纤维-基体界面粘结情况进行显微观察。确定了获得高性能复合材料较理想的工艺参数。     

一种交织铺层结构层合板性能

结合复合材料自动纤维铺放(AFP)技术,提出了一种交织铺层结构层合板成型方法,制备了非交织、交织正交层合板、非交织、两向交织和四向交织准各向同性层合板复合材料,并对交织铺层结构复合材料的层间结构和性能进行了分析研究。结果表明:交织正交层合板的拉伸、压缩、弯曲性能较非交织板性能均有所下降,但其层间剪切性能有明显提高,提高幅度约为16%;随着交织铺层组厚度的增加,交织层合板的拉伸性能呈下降趋势;交织层合板的开孔后拉伸、开孔后压缩和冲击后压缩强度保持率均高于非交织板,且冲击后分层损伤面积明显低于非交织板。交织铺层结构层合板相对于普通非交织层合板具有更好的损伤容限能力。     

Ti/Ni/Ti复合层TLP扩散连接Si3N4陶瓷与接头质量控制

研究了Ti/Ni/Ti复合层TLP扩散连接Si3 N4 陶瓷。结果表明 ,Ni Ti过渡液相存在时间短 ,在此期间形成的界面结合强度低 ;必须进一步固态扩散反应才能形成高强度接头 ,相应的接头显微结构为 :Si3 N4 /TiN/Ti5Si3+Ti5Si4 +Ni3 Si/NiTi/Ni3 Ti/Ni。连接时间、连接温度、连接压力及Ti和Ni的厚度影响接头组织和强度 ,其最佳值为 6 0min ,10 5 0℃、2 .5MPa、2 0 μm和 40 0 μm ,所得接头室温和 80 0℃剪切强度分别为 142MPa和 6 1MPa。     

Carbon nanotube protected composite laminate subjected to lightning strike: Interlaminar film distribution investigation

A kind of interlaminar film with carbon nanotubes inserted into polyether ketone with cardo was used for lightning strike protection of composite laminates. The distribution of the interlaminar film was investigated by experimental and numerical methods. Artificial lightning strike tests were conducted for 12-film carbon nanotube and traditional surface silver coating protected specimens. Then corresponding finite element models (FEMs) were established to analyze the lightning strike effect and validated by the experimental results. Based on the FEMs, the number, distribution and thickness of interlaminar film were investigated in order to obtain equivalent protection effect with the traditional surface silver coating. The results show that only the first two layers were damaged for the surface silver coating protected specimen, while 5 layers were ablated for the 12-film protected specimen. Lightning strike damage area of the laminate protected with 5-film carbon nanotube is almost the same as that of the laminate protected with 12-film carbon nanotube. Compared with traditional surface silver coating protection, one film protection with thickness of 360 μm can make the laminate to obtain equivalent damage depth, 54.8% smaller damage area and 58% less additional weight. And reparability of the laminate is better than that of the laminate protected with 5 interlaminar films.     

钛表面阳极氧化处理对TA2/聚醚醚酮（PEEK）粘结性能的影响

为了改善TA2/C_f/PEEK纤维金属混杂层板中TA2/PEEK的界面粘结性能,利用NaTESi恒压阳极氧化法对TA2板进行表面改性。首先通过正交试验对阳极氧化工艺进行优化,对不同处理工艺的TA2板表面进行了XRD、SEM分析以及粗糙度的表征;其次,研究了钛板表面改性对TA2/PEEK界面结合强度及断裂韧性的影响。结合扫描电镜图进行表面粗糙度及剪切强度的极差分析,发现随着阳极氧化时间的增长,表面粗糙度减小,TA2/PEEK接头的单搭剪切强度下降。对不同工艺下单搭接头的拉伸剪切强度进行比较后,确定了利于提高TA2/PEEK界面结合强度的最优工艺为恒压10 V、在35℃下阳极氧化10 min;该种工艺处理后的钛板表面粗糙度为1.34 μm,其表面形貌为纳米颗粒,粒径尺寸为100~200 nm,在阳极氧化时间为10 min、电压为10 V时,其表面纳米颗粒分布最为均匀,该种形貌下制备的TA2/PEEK界面剪切强度达到19 MPa,失效模式为混合破坏;通过载荷-位移曲线、R曲线,对此工艺下TA2/PEEK界面I型层间断裂韧性进行了表征,发现其平均能量释放率为188.1 J/m²,相比于未经表面处理的试样增加了103.1%,阳极氧化工艺处理后的TA2/PEEK界面抗分层能力更好。